讓你刷劇一直爽，CDN原理是什么

原標(biāo)題：讓你刷劇一直爽，CDN原理是什么

鼠年春節(jié)，一個(gè)特別的春節(jié)。受疫情影響，假期比往年長(zhǎng)了一些。這么長(zhǎng)時(shí)間宅在家中，想必大家除了睡覺(jué)，花費(fèi)時(shí)間最多的就是“刷劇”了。今天講的技術(shù)主題就和“刷劇”有關(guān)，它是CDN。

我們通過(guò)觀察CDN的技術(shù)來(lái)看CDN的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，就能看出CDN將是云計(jì)算不可分割的一部分。那么，CDN究竟是什么，和“刷劇”有什么關(guān)系？CDN有哪些分類(lèi)？本文做一個(gè)細(xì)致的梳理。

刷劇和CDN有什么關(guān)系？

CDN的全稱(chēng)是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，也稱(chēng)內(nèi)容傳送網(wǎng)絡(luò)。它是構(gòu)建在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的智能虛擬網(wǎng)絡(luò)，依靠部署在各地的邊緣服務(wù)器，通過(guò)中心平臺(tái)的負(fù)載均衡、內(nèi)容分發(fā)、調(diào)度等功能模塊，使用戶(hù)就近獲取所需內(nèi)容，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高用戶(hù)訪問(wèn)響應(yīng)速度和命中率，能夠解決因分布、帶寬、服務(wù)器性能帶來(lái)的訪問(wèn)延遲問(wèn)題，適用于站點(diǎn)加速、點(diǎn)播、直播等場(chǎng)景。

百度智能云CDN國(guó)內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布圖

到這里，相信你能明白為什么CDN和“刷劇”緊密相關(guān)。沒(méi)有CDN，看劇就是“卡卡卡”；沒(méi)有CDN，“刷劇”會(huì)變得毫無(wú)樂(lè)趣。

CDN是如何起作用的？

CDN實(shí)現(xiàn)的原理是什么？

傳統(tǒng)的http訪問(wèn)過(guò)程是用戶(hù)在瀏覽器填入要訪問(wèn)的域名；瀏覽器調(diào)用域名解析函數(shù)庫(kù)對(duì)域名進(jìn)行解析，以得到此域名對(duì)應(yīng)的IP地址，并通過(guò)這個(gè)IP地址，向域名的服務(wù)主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求，得到請(qǐng)求數(shù)據(jù)，最終返回所需要的內(nèi)容。

CDN服務(wù)流程圖

使用了CDN緩存后的網(wǎng)站訪問(wèn)過(guò)程：

1.用戶(hù)向?yàn)g覽器提供要訪問(wèn)的域名；

2.瀏覽器調(diào)用域名解析庫(kù)對(duì)域名進(jìn)行解析，由于CDN對(duì)域名解析過(guò)程進(jìn)行了調(diào)整，所以解析函數(shù)庫(kù)一般得到的是該域名對(duì)應(yīng)的CNAME記錄，為了得到實(shí)際IP地址，瀏覽器需要再次對(duì)獲得的CNAME域名進(jìn)行解析以得到實(shí)際的IP地址；在此過(guò)程中，使用全局負(fù)載均衡 DNS解析，并根據(jù)地理位置信息解析對(duì)應(yīng)的IP地址，使得用戶(hù)能就近訪問(wèn)；

3.此次解析得到CDN緩存服務(wù)器的IP地址，瀏覽器在得到實(shí)際的IP地址以后，向緩存服務(wù)器發(fā)出訪問(wèn)請(qǐng)求；

4.緩存服務(wù)器根據(jù)瀏覽器提供的要訪問(wèn)的域名，通過(guò)Cache內(nèi)部專(zhuān)用DNS解析得到此域名的實(shí)際IP地址，再由緩存服務(wù)器向此實(shí)際IP地址提交訪問(wèn)請(qǐng)求；

5.緩存服務(wù)器從實(shí)際IP地址得到內(nèi)容以后，一方面在本地進(jìn)行保存，以備以后使用，另一方面把獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶(hù)端，完成數(shù)據(jù)服務(wù)過(guò)程；

6.客戶(hù)端得到由緩存服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)后顯示出來(lái)并完成整個(gè)瀏覽的數(shù)據(jù)請(qǐng)求過(guò)程。

雖然我們刷劇看到的只是幾秒甚至更短的等待時(shí)間，殊不知背后CDN有那么多“小動(dòng)作”。

如何構(gòu)建CDN？

CDN如此重要，那如何構(gòu)建一套CDN系統(tǒng)？

從功能組成看，典型的CDN系統(tǒng)由分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)，負(fù)載均衡系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)組成：

百度智能云CDN服務(wù)架構(gòu)圖

• 分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)：最基本的工作單元就是Cache設(shè)備，cache（邊緣cache）負(fù)責(zé)直接響應(yīng)最終用戶(hù)的訪問(wèn)請(qǐng)求，把緩存在本地的內(nèi)容快速地提供給用戶(hù)。同時(shí)cache還負(fù)責(zé)與源站點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)容同步，把更新的內(nèi)容以及本地沒(méi)有的內(nèi)容從源站點(diǎn)獲取并保存在本地。Cache設(shè)備的數(shù)量、規(guī)模、總服務(wù)能力是衡量一個(gè)CDN系統(tǒng)服務(wù)能力的最基本指標(biāo)。
• 負(fù)載均衡系統(tǒng)：主要功能是負(fù)責(zé)對(duì)所有發(fā)起服務(wù)請(qǐng)求的用戶(hù)進(jìn)行訪問(wèn)調(diào)度，確定提供給用戶(hù)的最終實(shí)際訪問(wèn)地址。兩級(jí)調(diào)度體系分為全局負(fù)載均衡（GSLB）和本地負(fù)載均衡（SLB）。GSLB主要根據(jù)用戶(hù)就近性原則，通過(guò)對(duì)每個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行“最優(yōu)”判斷，確定向用戶(hù)提供服務(wù)的cache的物理位置。SLB主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的設(shè)備負(fù)載均衡。
• 運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)：分為運(yùn)營(yíng)管理和網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)層面的與外界系統(tǒng)交互所必須的收集、整理、交付工作，包含客戶(hù)管理、產(chǎn)品管理、計(jì)費(fèi)管理、統(tǒng)計(jì)分析等功能。
• 每個(gè)部分各司其職，共同組成了CDN，這其中最核心的當(dāng)屬負(fù)載均衡系統(tǒng)，它是整個(gè)系統(tǒng)的大腦。

CDN如何對(duì)視頻直播

進(jìn)行完美支撐？

盡管CDN的組成看起來(lái)十分清晰明了，就三大部分，但實(shí)際情況并不是有了這三大件就萬(wàn)事大吉了。CDN發(fā)展到今天已經(jīng)不是這么簡(jiǎn)單的事情，不僅需要拼資源，還需要拼技術(shù)，這也是為什么今天主流CDN服務(wù)商已經(jīng)都是大型云服務(wù)商的根本原因，CDN已經(jīng)發(fā)展成為巨頭之間的競(jìng)爭(zhēng)。 以百度智能云為例，不僅CDN資源豐富，而且技術(shù)領(lǐng)先。具體來(lái)說(shuō)，百度智能云CDN有四個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

強(qiáng)大充足、彈性化的資源

百度智能云擁有遍布國(guó)內(nèi)30多個(gè)省市1000+個(gè)優(yōu)質(zhì)加速節(jié)點(diǎn)，覆蓋全球五大洲50+個(gè)國(guó)家的200+個(gè)節(jié)點(diǎn)分布?？値?00T+帶寬、單節(jié)點(diǎn)80G-160G、支持IPV6等高優(yōu)特性。

百萬(wàn)域名精準(zhǔn)調(diào)度

百度智能云CDN做到每周三次IP數(shù)據(jù)更新，對(duì)用戶(hù)GPS完成大數(shù)據(jù)矯正；針對(duì)億級(jí)用戶(hù)作出高效的質(zhì)量反饋，杜絕節(jié)點(diǎn)亞健康，故障容災(zāi)基本做到1分鐘內(nèi)快速切換。

高并發(fā)請(qǐng)求處理

采用Cache一致性hash和百度搜索等量級(jí)的HTTPS加速技術(shù)，高效簡(jiǎn)化完成請(qǐng)求熱點(diǎn)突發(fā)檢測(cè)與遷移，可以做到海量域名配置分鐘級(jí)別的更新。

自研高性能Cache

結(jié)合分片存儲(chǔ)、并行IO、分級(jí)緩存、合并回源等策略，基本保證1個(gè)文件僅進(jìn)行1次回源。與此同時(shí)，針對(duì)源站狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且主備源站能夠做到同時(shí)支持。 所有這些優(yōu)勢(shì)結(jié)合基于大規(guī)模實(shí)時(shí)流媒體計(jì)算集群和強(qiáng)大的音視頻信號(hào)處理算法，百度智能云視頻直播能給用戶(hù)提供“清晰流暢、低時(shí)延、高并發(fā)”的音視頻直播服務(wù)。

百度智能云CDN直播架構(gòu)

CDN對(duì)視頻直播的支撐

CDN+邊緣計(jì)算創(chuàng)新探索

值得一提的是，百度智能云CDN已結(jié)合邊緣計(jì)算技術(shù)，從內(nèi)容分發(fā)Content Delivery向計(jì)算分發(fā)Computing Delivery轉(zhuǎn)型。

將云計(jì)算的能力下沉和延伸至CDN節(jié)點(diǎn)，在距離上離終端用戶(hù)更近，提供更“低延遲、大帶寬”的邊緣計(jì)算能力。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展出一種新型的分布式運(yùn)算的架構(gòu)，將原本完全由中心節(jié)點(diǎn)處理大型服務(wù)加以分解，切割成更小與更容易管理的部分，分散到CDN節(jié)點(diǎn)去處理，使數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、采集、分析等流程都在更接近數(shù)據(jù)來(lái)源地完成處理。

由當(dāng)前“云端協(xié)同”的CS架構(gòu)演進(jìn)為“云邊端三體協(xié)同”的CES計(jì)算架構(gòu)，滿(mǎn)足“低成本、本地化”的計(jì)算需求場(chǎng)景。

針對(duì)視頻場(chǎng)景，在視頻內(nèi)容分發(fā)的基礎(chǔ)上，CDN上的邊緣計(jì)算服務(wù)開(kāi)放算力，支持客戶(hù)靈活自定義分發(fā)的業(yè)務(wù)邏輯。包括加密、審核、調(diào)度等任務(wù)都能在邊緣節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行，無(wú)需和源站進(jìn)行交互。大幅度降低傳輸成本的同時(shí)，保證了低延遲，使得用戶(hù)體驗(yàn)進(jìn)一步提升。

同時(shí)和百度智能云CDN的完美結(jié)合，也能滿(mǎn)足不同客戶(hù)的定制化需求，實(shí)現(xiàn)計(jì)算型CDN能力開(kāi)放，更好的支撐業(yè)務(wù)落地。

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